JPS6125095B2 - - Google Patents

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JPS6125095B2
JPS6125095B2 JP2944679A JP2944679A JPS6125095B2 JP S6125095 B2 JPS6125095 B2 JP S6125095B2 JP 2944679 A JP2944679 A JP 2944679A JP 2944679 A JP2944679 A JP 2944679A JP S6125095 B2 JPS6125095 B2 JP S6125095B2
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JP
Japan
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zone
ions
sample
tube
voltage
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JP2944679A
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Japanese (ja)
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JPS54157688A (en
Inventor
Robert Fagan Donat Bradshaw
Alec Kraicer
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Pye Electronic Products Ltd
Original Assignee
Pye Ltd
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Publication date
Priority claimed from GB2304078A external-priority patent/GB1573678A/en
Priority claimed from GB2476478A external-priority patent/GB1596916A/en
Application filed by Pye Ltd filed Critical Pye Ltd
Publication of JPS54157688A publication Critical patent/JPS54157688A/en
Publication of JPS6125095B2 publication Critical patent/JPS6125095B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/68Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode using electric discharge to ionise a gas

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、流動条件下の混合ガス試料中に生成
するイオンに、ガスの流れとは反対方向に向けた
イオン反撥電界を作用することにより、酸素含有
ガス状混合物中に含有される痕跡量の蒸気形態の
化学種を検出する装置に関するものである。ここ
に「化学種」と称するのは、印加電界の影響下に
おいて酸素の存在下に比較安定なイオンを形成す
ることができる物質の蒸気分子であつて、かかる
化学種のイオンは印加電界により酸素含有ガス状
混合物中に生成することのある他のイオンの移動
により低い移動度を有するものとする。 かかる化学種としては、分子中に少くとも1個
の強い電気的陰性または電気的陰性の原子または
原子団および臭素および沃素のような原子量の重
いハロゲン原子を有するある置換炭化水素があ
る。 本発明の装置を使用して、常温常圧において蒸
気形態の上述の化学種を放出する固体、液体また
はこれらの混合物の存在を測定することができ
る。かかる物質の例としては、爆発物、例えばダ
イナマイト、毒性蒸気例えば麻酔薬および農薬が
ある。 また、本発明の装置は、化学種、例えば、原子
量の大きいハロゲン原子のようなトレーサー物質
を含有するパイプライン、化学プラント等からの
ガスの大気中への漏洩を検出するのに使用するこ
とができる。 上述の種類の化学種を痕跡量含有する大気ガス
の試料を、例えばコロナ放電の形態の印加電界に
よりイオン化する場合には、大気の他の成分のイ
オンと共に化学種の分子からイオンが形成するこ
とが知られている。普通、存在するイオンは異な
るイオン移動度を有する。また、イオン反撥電界
技術を使用してコロナ放電中に生成する種々のイ
オン種の移動度を測定することも、例えばジヤー
ナル・オブ・アプライド・フイージクス、第47
巻、第6号、1976年の報文に記載されているよう
に既知である。この報文には、連続ガス流状態に
あるイオン種の逆移動度スペクトル(inverse
mobilityspectrum)を記録方法が記載されてい
る。得られたスペクトルは酸素および窒素からの
ものおよび空気雰囲気からのものである。ガス混
合物中に含有されていることのある不特定の不純
物を確認したことのほかには使用したガス組成物
に関しては何も説明を加えていない。 本発明の目的は、連続ガス流状態において上述
の化学種のイオン反撥電界を作用させることによ
り酸素含有ガス状混合物中における上述の種類の
化学種の存在を検出することができる装置を得よ
うとするにある。本発明の装置および方法は、か
かる化学種から形成するイオンの移動度が、ガス
状混合物の他の成分から形成するイオンの移動度
と比較して相対的に小さいことを利用する。 本発明においては、流動条件下の混合ガス試料
中に生成するイオンに、ガスの流れとは反対方向
に向けたイオン反撥電界を作用させることによ
り、酸素含有ガス状混合物中に含有される痕跡量
の蒸気形態の化学種を検出する装置において、上
記試料を中空体に通す手段を設け、上記中空体に
直列に入口、第1内部区域、第2内部区域、第3
内部区域および出口を設け、第1区域には、上記
化学種の分子を含む試料の分子の少くとも一部分
をイオン化する手段と、上記試料と共に第2区域
に移行させるためにある極性のイオンを選定する
手段とを設け、更に第2区域を通る試料の流れを
ほぼ均一な流速の噴流として促進する手段と、第
2区域において反対方向のイオン反撥電界を生じ
させる手段と、第3区域において選定した極性の
イオンを捕集する手段とを設け、作動中上記イオ
ン反撥電界の強度と上記ガスの流速とに依存する
ある値より大きいイオン移動度を有する選定した
ある極性のイオンが第3区域に流入しないように
することができるような配置にしたことを特徴と
する検出装置を提供する。 この装置はある配置では重量が軽く、持運ぶこ
とができ、ボンベに詰めたガス給源を使用せずに
作動させることができる。この装置は構造を比較
的簡単にし、経済的に製造することができる。こ
の装置は、化学種を検出するのに短かい予備運動
時間を必要とするだけである点において、爆発性
物質から放出される痕跡量の化学種の検出に適用
する場合に特に有利である。 中空体は絶縁材料の環により両端を突合せた関
係に接合した導電材料の第1管および第2管から
構成し、第1区域を第1管内に設置し、第2区域
および第3区域を第2管内に設置することができ
る。 第1管には、第2管とは反対端に、試料を第1
区域に導入するための入口孔を有する端壁を設
け、第2管との隣接端に、導電材料の円板を設
け、この円板をガス流に対し横方向に設置し、更
に試料を第2区域に導入するための少くとも1個
の孔を上記円板に設けることができる 第2管と隣接する端部の円板に設けた孔を、試
料がほぼ一定の流速を有する層流のように第2区
域を通過できるような形状とする。 第2区域と第3区域とを、第2管の両端から遠
く離れた地点に設置した導電材料の円板により部
分的に分離することができ、上記円板には試料を
第3区域に導入するための第2区域から第3区域
に通ずる少くとも1個の孔を設け、更に上記円板
を管壁と電気的に接触させる。 試料を中空体に通す手段としては電気的に駆動
されるフアンを使用することができ、このフアン
は中空体のほぼ出口に設置することができる。 化学種の分子を包含する試料分子の少くとも一
部分をイオン化する手段を、第1区域に設置した
電極または第1区域に設置した放射性イオン化源
とすることができる。放射性イオン化源を使用す
る場合には、放射能により生ずる両極性イオン集
団からある極性のイオンを選定する手段を第1区
域に設ける。 試料と共に第2区域に移行するある極性のイオ
ンを選定する手段を、第1区域の電極に印加した
高い直流電圧により生じさせた電界とすることが
できる。 作動中コロナ放電を生じさせる電極をイオン化
手段とする場合には、放電電流を100nA以下に限
定するのが有利で、ある場合には放電電流を
30nA以下に限定するのが有利であることを確か
めた。電流の限定は、高電圧源と放電電極との間
に抵抗を挿入することにより達成することができ
る。 放射性イオン化源を使用する場合には、第1区
域と第2区域との間の円板を第1管の壁から電気
的に絶縁し、かつ上記壁に対してある直流電圧に
維持してある極性のイオンが円板の方向に引付け
られ、反対極性のイオンが円板から反撥されるよ
うにする。他の円板を第1円板に対してある電圧
に維持して電2区域内に電界を生じさせ、これに
より選定したある極性のイオンをガス試料の流れ
とは反対方向に押進めることができる。 第2区域の壁を、正または負に帯電したイオン
に対しそれぞれ正または負の直流電源の第1極に
接続し、第1区域の壁を、第1極とは反対電圧の
電源の第2極に接続するのが好都合である。第1
および第2区域の壁は、中空体外側に設置し電気
ケーブルによりこれらの壁に接続した1個の電源
により、適当な電圧に維持することができる。 電極を第3区域内に、好適には孔に整列させて
設けて、選定したある極性のイオンを捕集するこ
とができる。この電極に中空体の壁を貫通する絶
縁リード線を設けることができ、更に直流電圧源
に電気的に接続して選定した極性のイオンを引付
けることができ、また電流の変化を測定する手段
に接続することができる。 従つて、ある例では、電極を電流増幅器の入力
端子に接続し、電流増幅器の出力端子を指示手段
に接続して電極からの電流の流れの変化を測定す
る。 増幅器は、その入力端子に供給される電流が一
定である場合には比較的低い利得を有し、かつそ
の入力電流の変化に対し著しく大きい利得を有す
るように配置することができる。 帰還手段を増幅器の反転入力端子とポテンシオ
メータ列のタツプ点との間に接続し、このポテン
シオメータ列を増幅器の出力端子と共通ラインと
の間に接続し、更にタツプ点と共通ラインとの間
に接続してコンデンサをポテンシオメータ列に設
けるのが好適である。 電極を増幅器の入力端子に接続し、共通ライン
を直流電圧源に接続することができる。 本発明の装置には電極により捕集された電流が
減少した場合に、コンデンサを放電させる手段を
設けることができる。 また、この例に、コンデンサの電圧と増幅器の
出力端子の電圧とを比較する手段と、コンデンサ
の電圧が増幅器の出力端子の電圧より大きいい場
合にコンデンサを放電させる手段とを設けること
ができる。 また、かかる配置に、装置がスイツチオンされ
た場合に生起することのある電源のサージ電圧に
よりコンデンサが帯電するのを防止する手段を設
けることができる。 また、装置がスイツチオンされた場合にコンデ
ンサ間の低インピーダンス路を接続し、装置への
電源が定常状態に達した際に上記低インピーダン
ス路を遮断する作用をするスイツチ手段を設ける
ことができる。 また、本発明の他の観点においては、流動条件
下の混合ガス試料中に生成するイオンに、ガスの
流れとは反対に向けたイオン反撥電界を作用させ
ることにより、酸素含有ガス状混合物中に含有さ
れる痕跡量の蒸気形態の化学種を検出するに当
り、上記ガス状混合物の上述の中空体に通し、上
記化学種の分子の一部を中空体の第1区域でイオ
ン化し、ある極性のイオンを選定して上記ガス状
混合物の試料と共に前方へ移行させ、ほぼ均一の
流速で上記ガス流と共に第2区域に通し、第2区
域には選定した極性のイオンを上記ガス流とは反
対方向に押進めて第3区域に通す作用をする電界
を形成させかつ第3区域にはこの電界を延在させ
ず、次いで第2区域内の電界を通るガス流によつ
て搬送されるような十分に低いイオンを移動度を
有するイオンを検出する検出方法を提供する。こ
の方法では、痕跡量の化学種を含有する大気ガス
混合物を使用することができる。 煙を発生する組成物は、例えば燃焼の際に化合
物の煙を発生するキヤンドルまたは粉末を燻蒸さ
せることにより検出することができる。この発生
する化合物を、可燃性混合物、例えば粉砕した木
材または砂糖のような燃料と燃焼を維持するため
の物質、例えば硝酸アンモニウムまたは塩素酸カ
リウムおよび/または燃焼を遅延させるための物
質、例えばカオリン、ベントナイトおよびまたは
珪酸との混合生成物と、混合することができる。 痕跡量の化学種を含有する組成物は、噴霧した
農薬から検出することができる。農業、園芸また
は林業において有害微生物を防除する際、処置す
べき広い区域に農薬の水溶液または分散液を噴霧
できることは知られている。液体の使用量は広範
囲に変えることができ、40〜1000/ヘクタール
を撒布することができる。これ等の溶液は地上の
機械または航空機から噴霧することにより撒布す
ることができ、超小容積の農厚液から撒布するこ
とが多い。かかる薬剤は普通撒布する際極めて小
さい液滴のミストに分解され、かかる液滴は僅か
に約100μmの直径を有し、尚蒸発した形態であ
る。上述の痕跡量の化学種は本発明の方法および
装置により容易に検出することができる。 またエーロゾル組成物の存在も検出することが
でき、特に化学種を含有するエーロゾル組成物が
従来法で調製され、活性物質と溶媒および推進薬
のような揮発性流体、例えばメタン若しくはエタ
ンの塩素―弗素誘導体とを含有する場合に然りで
ある。 次に本発明を図面を参照して例について説明す
る。 先ず、第1図に示すように、本発明の検出装置
はほぼ円筒形中空体1を具え、鉄、銅またはアル
ミニウムあるいはこれらの合金のような導電性材
料の共軸の管2および3を絶縁材料の環4により
両端を突合せた関係に接合することにより中空体
1を形成する。管2にはその自由端に導電材料の
端壁5を設け、端壁5には中央孔6を設ける。中
央孔6と共軸の入口ノズルまたはプロウブ
(Probe)7を端壁5の外面に設けるノズル7は
絶縁材料または導電材料例えば金属から作ること
ができ、後者の場合にはノズル7を絶縁スペーサ
環8により端壁5から絶縁する。 管2の管3との隣接端に隔壁9を設け、隔壁9
を軸線方向の孔10を有する金属円板から構成す
る。 そらせ板11を管3の両端間の中間地点に設置
し、少くとも1個の孔12を有する金属円板また
は金網のシートまたは格子様構造とし、そらせ板
の周囲を管3の壁に電気的に接続する。 電動機14により駆動されるフアン13を管3
の開口部に隣接して設置する。フアン13は、大
気の試料をノズル7から採取し、次いで順次端壁
をおよび隔壁9により形成される本体1内の第1
区域15と、隔壁9およびそらせ板11により形
成される第2区域16と、そらせ板11およびフ
アン13により形成される第3区域17とを経
て、管3の開放端から試料を排出する作用をす
る。 隔壁9の孔10は試料が矢18で示すように第
2区域16をほぼ均一速度の平滑な単一噴流とし
て通過するような形状にすることができる。孔1
0に適当な形状は英国標準仕様書(British
Standardrs Specification)No.1042,第141頁に記
載されている。他の配置では、隔壁9に複数個の
孔を設け、試料が対応する複数個の均一速度の平
滑な噴流として第2区域16を通過するように各
孔の形状を現則的にする。隔壁9の上流側の流れ
を平滑にするには、複数個の平行な通路を有する
格子19を孔6に設ける。 第1区域15に先細電極20を設置し、これを
リード線21により支持し、管2の壁に取付けた
絶縁体22にリード線21を通す。管2の外側に
おいて抵抗71を介してリード線21を高圧給電
ユニツト23の一方の側に接続し、ユニツト23
の他方の側を普通の接地点に接続する。給電ユニ
ツト23により、コロナ放電が電極20で生起し
かつ第1区域15を通過する試料を構成する分子
(上述の化学種の分子を包含する)の一部分をイ
オン化するのに十分な高電圧、例えば3000Vを発
生させる。 イオン化コロナ放電を発生させるのに使用する
他の適当な高電圧は2000〜5000Vとすることがで
きる。 抵抗71は、コロナ放電の電流IDが100nAよ
り、好ましくは30nAより小さくなくなるように
選定した値Rを有する。 電流IDは給電ユニツト23の出力電圧V3、抵
抗71の値R、およびある程度までは先細電極2
0の形状によつて左右される。この形状は放電の
点弧電圧に影響を及ぼす。この形状は使用中に例
えば電極の浸食によつて変化し、この結果ID
値が変化することがである。 IDにおける変化の他の原因は給電ユニツト2
3である。給電ユニツト23は12V蓄電池のよう
な低電圧源により付勢されるEHT発電ユニツト
とするのが好都合であることがある。この低電圧
源は後述のように装置の他の部分をするのにも使
用することができる。かかるEHT発電ユニツト
はよく知られているので詳述しない。蓄電池の充
電状態は使用することにより変動するので、かか
るユニツトの出力電圧V3はその公称値から変動
することがある。 これらの理由から、V3が特定の公称値でRが
所定値である場合には、放電電流IDはある範囲
内の値まで低下することがある。 V3の公称値が3000Vである場合につおて種々の
Rの値に対するIDの値の代表的な範囲は次の通
りである:。 R=0 GΩ ID=2〜5μA R=50 GΩ ID=20〜30nA R=100GΩ ID=10〜15nA 従つて抵抗71の値は50〜100GΩとするのが
好ましい。 上記化学種の分子は試料中に低濃度で存在する
にすぎないので、直接イオン化によつて化学種の
分子を認められるレベルまでイオン化するのは困
難である。化学種の分子をイオン化するのには極
めて強力な放電が必要であつて、これを達成する
と広範囲な空気ガスのイオン化が生成する。これ
は、放電により電荷交換反応が生起できるように
一部分の空気ガスをイオン化させ、電荷交換反応
において空気イオンの電荷を上記化学種の分子に
移行させることにより回避される。陰イオンを考
慮すれば、低濃度で存在する上記化学種の分子の
イオン化は、上記化学種の分子が比較的多数存在
する任意の分子、すなわち空気分子より大きい電
子親和力を有している場合には、かかる手段によ
り生起させることができる。ガス中に存在する電
子は電子親和力の大きい分子に迅速に移行する。 しかも、電子親和力の異なる2種の化学種が試
料中にそれぞれ痕跡量、例えば1×10-9モル/モ
ル存在する場合には、両者が多数存在する任意の
分子より大きい電子親和力を有している限り、両
者のイオン集団が生じることがある。この理由
は、大きい電子親和力を有する化学種の分子と、
小さい電子親和力を有する化学種のイオンとの衝
突、(この場合にイオンから電子が奪われる)
が、両化学種の濃度が低いため、いずれかの化学
種の分子と空気イオンとの衝突(この場合にいず
れかの化学種の分子がイオン化されることがあ
る)より極めて小さい頻度で生起するからであ
る。 同様な考察が陽イオン集団にも適用される。 イオン電荷は親和力の大きい分子に移動する傾
向を有しているから、第1区域15を通過する空
気試料中に存在する特定の種類の化学種の分子の
意味ある割合がイオン化される。 以下に、例えば1×10-9分子/分子の濃度で空
気中に存在する化学種の場合について説明する。
例えば、電極20からのコロナ放電により第1区
域15において空気に対し1×10-8イオン/分子
の一次(すなわち空気)イオン密度を生成するこ
とができる。存在する化学種の1/10が電荷交換反
応によりイオン化されたとする。従つて化学種イ
オンの濃度は1×10-10イオン/分子である。一
次イオン濃度はほとんど変化せず1×10-8イオ
ン/分子である。従つて、化学種のイオンは存在
するすべてのイオンに対し1×10-2である。従つ
て検出の問題は、1×10-9の分子を検出する問題
から1×10-2を検出する問題に変わる。すなわ
ち、107倍の改善が行われる。 第1区域15においてコロナ放電により発生す
る一次(空気)イオン集団は当初両極性である
が、管2に対する電極20の極めて高い負の電位
により電極20の近傍に生ずる強い電界によつて
陽イオンは電極の方に移動し、電極で中和され
る。従つてほとんど一次陰イオンのみが空気流と
共に隔壁9の孔10の方向に移動する。一次陰イ
オン隔壁9の方向に移行する間に、空気流中に存
在する化学種分子の一部分が上述の電荷交換反応
によりイオン化される。かくして、孔10には二
次(空気)陰イオンと化学種分子から生成した二
次陰イオンとの混合物が到達する。 電界が存在していない場合には、これらのイオ
ンは噴流18によつて搬送され、第2区域16を
横切り、そらせ板11を通過し、第3区域17に
流入する。この第3区域17に電極24を設け
る。電極24は針金、格子または板とすることが
でき、これをリード線25より接続する。リード
線25は管3の壁の絶縁体26を通つて電流増幅
ユニツト28の入力端子27に達する。増幅ユニ
ツト28には共通の端子を設け、この端子を第1
図の蓄電池29のように管3に関して相対的に低
い正電位例えば5Vの地点に接続することができ
るので、入力端子27およびこれと共に電極24
も管3に関して正に保持される。従つて電極24
は第3区域に流入する陰イオンを引付ける作用を
する。電極24により捕集されるかかるイオンに
より増幅ユニツト28の入力電流に変化か生ず
る。この結果生ずる増幅ユニツトの出力電流の変
化は計器30により測定することができかつ/ま
たはかかる出力電流の変化を利用して可聴信号ま
たは可視信号のような信号を発信する作用をする
警悠悠報回路31を作動させることができる。 蓄電池32で示す例えば300Vの電圧源を管2
と管3との間に接続して、管3およびこれと共に
隔壁9を管2、特にそらせ板11に関して正にす
る。従つて第2区域19に電界が生ずる。中空体
1の壁近くではヘリ作用(fringing effect)が生
ずるが、噴流18の近くの電界は噴流の軸線にほ
ぼ平行で、陰イオンを噴流の流れ方向とは反対方
向に押進める作用をする。 噴流18の近くの電界強度は隔壁9とそらせ板
11との間隔および電圧源32の電圧Vによつて
決まる。この値は例えば3000V/cmとすることが
できる。所定の電界強度の場合には、イオン移動
度がある臨界値を有するイオンは電界によつて正
確に噴流の流速で駆動されるが、方向は噴流の方
向とは反対方向になる。噴流の適当な流速は300
〜400cm/秒である。かかるイオンは噴流の軸線
に平行な運動に関する限り静止している。かかる
イオンのランダムな横運動はイオンをガス流速の
遅い区域に横方向に移動することができ、従つて
かかる区域内の電界はかかるイオンを駆動して隔
壁9に戻すことができる。従つて、移動度の大き
いイオンは電界によりそらせ板11に到達しない
よう、また第3区域17に流入しないよう阻止さ
れる。 臨界値より大きい移動度を有するイオンは第3
区域17に流入しないよう阻止される。この理由
はかかるイオンが第2区域16内の電界により噴
流より速い流速で逆方向に駆動されるからであ
る。 臨界値より小さい移動度を有するイオンは第2
区域16内の電界により遅い速度を付与される。
かかるイオンの若干は、ランダムな横運動によ
り、ガス流の流速が電界によつてイオンに付与さ
れる速度より遅い区域に搬送されることがある
が、普通イオン移動度が臨界値より小さいイオン
は噴流により、遅い速度においてであるが、第2
区域16を横断して搬送され、第3区域17に流
入し、電極24により捕集される。 第2区域16内の所定の電界強度および所定の
幾何学的形状のために、臨界値に等しいかあるい
はこれより大きい移動度を有するイオンは電極2
4に到達する可能性を持つていない。臨界値より
小さい移動度を有するイオンの場合には、イオン
の移動度が減少するにつれて、従つてイオンが第
2区域16を横断するのに要する時間が短くなる
につれて増大する一定の可能性がある。 使用の際に、電圧源32の電圧Vの値を選定し
て、第3区域17からほとんどすべての一次(空
気)イオンを排出するが、特定の種類の化学種か
ら生成するイオンのような一層重くかつ移動し易
くないイオンを第3区域17に流入させ、コレク
タ電極24に到達させるような電界を生じさせ
る。かかるイオンは増幅器28の出力電流の増大
となつて現われ、これは計器30で読取ることが
でき、また警報回路31を作動させるのに使用す
ることができる。 空気の試料をこの装置に通すと、ほぼ一定の低
い電流(背景電流)が生じ、これは計器30に指
示される。所要に応じて、計器を機械的または電
気的にずらせて、かかる条件下に零の読みを与え
るようにすることができる。 特定の種類の化学種を跡痕量含有する空気の試
料をこの装置に通すと、計器の読みは化学種の濃
度によつて決まる値だけ大きくなる。 警報回路31は、増幅ユニツト28の出力電流
が背景電流レベルより大きい限界レベルを越えた
場合に警報信号を発信するように配置することが
できる。 第1図について説明した装置は、電荷交換反応
により陰イオンを形成する化学種の存在を検出す
るのに適している。第1区域15内で形成するこ
とがある陽イオンは放電電極20に引付けられ、
第2区域16に進入しない。陽イオンを形成する
化学種を検出するのに適するようにするには、こ
の装置の高圧給電ユニツト23および電圧源29
および32の極性を逆にすることだけが必要であ
る。 増幅ユニツト28は高い直流安定度(低ドリフ
ト)および比較的高い利得を有する種類のものと
し、極めて低い濃度の特定種類の化学種の存在に
より生ずることのあるような入力電流の小さな変
化により増幅器の出力電流に大きな変化を生じさ
せることのできるようにするのが好ましい。増幅
器の出力電流の変化は増幅ユニツトにおけるドリ
フトにより生ずる背景電流の変動により隠されて
いる。 第2図に基本的配置を示し、第3図に増幅ユニ
ツト28として使用する電流増幅器の詳細回路図
を示す。先ず、第2図に示すように、入力端子2
7を演算増幅器34の反転入力端子33に接続
し、その非反転入力端子35を共通ライン36に
接続する。抵抗37および38およびコンデンサ
39を演算増幅器34と共通ライン36との間に
直列に接続する。帰還抵抗41を、抵抗37と3
8との接続点と反転入力端子33との間に接続す
る。例えば、バルーブラウン(商品名、Burr―
Brown)増幅器タイプ3527AMを増幅器34とし
て使用することができる。抵抗37,38および
41の抵抗値をそれぞれ33MΩ,330KΩおよび
5000MΩとすることができ、コンデンサ39の静
電容量を47μFとすることができる。 零周波数においてコンデンサ39は有効に開路
となるから、この配置の直流利得が1になるこ
と、従つて直流安定度が高い(ドリフトが低い)
ことが分かる。コンデンサ39のインピーダンス
が抵抗38のインピーダンスより小さくなる周波
数では、利得は抵抗37と38との比により決ま
る。先に例示した値の場合には、この配置の利得
は周波数が1Hzという小さい値まで低下した場合
に100になることが分かる。 第2図の配置を増幅ユニツト28に使用する場
合には、ある問題がある。特定種類の化学種を含
有する大気試料を装置に通す場合には、電極24
に到達する生成陰イオンにより負に向う電流パル
スが入力端子27に供給される。この電流パルス
の立上り縁において、出力端子40は正に向い、
コンデンサ39は充電される。この電流パルスの
端部において、出力端子40は直ちにはその静止
値(背景電流)まで戻らず、コンデンサ39の電
荷により正に保持される。従つて、この例では、
この装置は、第1試料によつて生じたコンデンサ
39の電荷が漏洩してなくなるまで、第2試料に
応答することができない筈である。 上述の部品の値を使用し、かつコンデンサ39
における内部漏洩を無視すれば、この装置が回復
するまでに数時間を要することがあることが分か
る。 当初のサージ電流が正電荷を有するコンデンサ
39を離れることがある場合には、装置を最初に
スイツチオンした際に同様な作用が生起すること
があり、この装置が作動可能になる前にこの電荷
が漏洩してなくなるまで待期する必要がある。第
3図の配置はかかる両欠点を克服する手段を提供
する。 第3図においては、演算増幅器34、抵抗3
7,38および41およびコンデンサ39を第2
図について説明したように接続する。共通ライン
36を直流電源からの負の母線42にツエナダイ
オード43を介して接続する。増幅器34の正の
供給端子を直流電源から正の母線44にスイツチ
45を介して接続する。従つて、共通ライン36
およびこれと共に増幅器34の入力端子33をダ
イオード43(例えば5V)のツエナ電圧V1によ
り負の母線42に対して正に保持する。母線42
を接地し、かつ管3に接続する(第1図)。従つ
て電極24は管1に関して正の電圧V1に保持さ
れ、ツエナダイオード43は第1図の電圧源29
を構成する。 他の増幅器46には反転入力端子47を設け、
この端子を増幅器34の出力端子40に接続す
る。増幅器46の非反転入力端子48を抵抗49
を介して抵抗38とコンデンサ39との接続点5
0に接続する。ダイオード51を増幅器46の出
力端子52とその非反転入力端子48との間に接
続する。これは、入力端子47が入力端子48に
対して正である場合にダイオード51が導通しな
いような配置である。入力端子48が入力端子4
7に対して正である場合、すなわちコンデンサ3
9が増幅器34の出力端子40に対して正に帯電
している場合には、ダイオード51は導通し、コ
ンデンサ39は抵抗49を経て放電される。抵抗
49の抵抗値は例えば33KΩとする。負に向う電
流パルスが入力端子27に供給された場合にコン
デンサ39は充電されるが、パルスがなくなつた
後には迅速に放電されるので装置は次の試料に応
答することができる。 最初にスイツチ45を閉じた際にコンデンサ3
9が充電されないようにするには、p―n―pト
ランジススタ53を設け、そのコレクタを接続点
50に接続する。トランジスタ53のベースを抵
抗54を介して抵抗56とコンデンサ57との接
続点55に接続し、抵抗56およびコンデンサ5
7を正の母線44と負の母線42との間に直列に
接続する。抵抗58を正の母線44とトランジス
タ53のエミツタとの間に接続する。ダイオード
59の陽極をトランジスタ53のエミツタに接続
し、その陰極を共通ライン36に接続する。 スイツチ45を閉じた場合に、接続点55およ
びこれと共にトランジスタ53のベースは当初負
の母線42の電圧になる。従つてトランジスタ5
3は導通し、接続点50を共通ライン36の電圧
にクランプする。接続点55の電圧は、コンデン
サ57が抵抗56を介して充電されるにつれて上
昇し、場合によつてはトランジスタ53をカツ
ト・オフし、かくして接続点50のクランプを解
く。抵抗56およびコンデンサ57の値は、少く
とも増幅器34がその定常状態に達し、次いでス
イツチ45を閉じ、かくしてスイツチを閉じたこ
とによる電荷のコンデンサにおける蓄積を防止す
るまで、トランジスタ53が導通状態を維持する
ように選定する。 増幅ユニツト(背景電流)の定常状態の設定を
容易にするには、ポテンシオメータ60を設ける
ことができる。このポテンシオメータの一端を低
抗58を介して正の母線に接続し、その他端を抵
抗61を介して共通ライン36に接続することが
でき、抵抗58および61はスライド62の位置
を調整することにより生ずることのある電圧変化
を限定する作用をする。スライダ62を、例えば
33MΩの抵抗63を介して帰還抵抗41と抵抗3
7および38との接続点に接続する。ポテンシオ
メータを調整することにより背景電流レベルを所
望の値に設定することができる。 負の母線42および正の母線44を例えば出力
12Vの蓄電池70の対応する端子に接続するこ
こができる。また蓄電池70はオンオフ・スイツ
チ45により電動機14および電圧源23および
32を付勢するのにも使用することができる(第
1図)。電圧源23は第1区域15内にコロナ放
電を生じさせるのに必要な高電圧を提供する。電
圧源23はよく知られているEHT発生回路を構
成するのが好都合である。同様に、電圧源32は
既知の種類のEHT発生器または直流―直流変換
器を構成することができる。 研究の結果、試料を入口ノズルに隣接する区域
の大気中に排出させ、試料を入口ノズルとほぼ同
様な外部条件とする場合には、外部空気流の影響
が著しく小さくなることが分つた。このためには
中空体1と外側ケーシング64で取囲む。ケーシ
ング64は管3の開放出口端から離間する端壁6
5を具え、フアン13により排出される空気流
が、中空体1と外側ケーシング64との間の環状
空間66、次いで中空体1の入口端を取囲む環状
孔67を径て大気に達する通路を提供する。排出
空気の通路を矢68および69で示す。 蓄電池70、電圧源23および32、増幅器ユ
ニツト28および警報装置31を外側ケーシング
内に設置して手で持つて持運びできる装置を得る
ことができる。 他の配置では、一次イオン化を、第1区域内の
容器20′(第4図)内に設置したイオン化状態
の放射線の給源(第4図の22′)、例えばアメリ
シウム241のようなα―粒子エミツタ、または
ニツケル63またはトリチウムのようなβ―粒子
エミツタにより生起させることができる。このよ
うにして生成する一次イオン集団は両極性である
から、空気流と共に前方に移行させるためにある
極性のイオンを選定しかつ反対極性のイオンを隔
壁9に近ずけないように作用する電界を第1区域
15に形成する必要がある。これを達成するある
方法では、隔壁9(第4図)を絶縁材料の環4′
により管2から絶縁し、隔壁9と管2との間に適
当な電圧を印加する。また、第1図において、第
1区域15内の容器(図示せず)内に設置したイ
オン化状態の放射線の給源により一次イオン化を
行う場合には、隔壁9を管2から絶縁する。電極
20、リード線21、絶縁体22および高圧給電
ユニツト23を省略することができる。イオン化
状態の放射線の給源を収容する容器20′は、管
2の壁に絶縁体22用に設けた孔(第1図)から
第1区域15に挿入することができる。同様は配
置を第4図の装置に使用することができ、この場
合には孔(図示せず)を管2の壁およびケーシン
グ64の壁に設ける。 この配置は装置からの原子放射の漏洩を防止す
る問題を軽減する。 本発明を適用する分野としては、航空路ターミ
ナルおよび同様の場所において旅行者および旅行
荷物の爆発物の検査のようなテロリストに対抗す
る手段および一般の爆発物の探索がある。本発明
の装置は、またガスクロマトグラフイーにおける
検出器として使用することができる。他の適用分
野は、配管、圧力容器、化学プラント等の装置に
おける漏洩の探索で、この場合には重ハロゲンの
ようなトレーサー物質を試験下の装置に導入し、
本発明の装置を上記装置の外部全体にわたつて移
動させてトレーサー物質のいかなる逃散をも検出
する。 第1図について説明したような1例の装置を用
いた代表的実験において、ジエツトオリフイスの
直径を約6mmとし、装置を流れるガス流速を約10
/分とした。コロナ放電電極20の電圧V3
3000Vとし、コレクタ電極24の電圧V1を5Vと
し、第2区域16における反撥電界の強度を
300V/cmとした。抵抗71を短絡させて、ID
2〜5μAになるようにした。 標準気圧の空気を装置に流した場合電極24に
より捕集された電流流(即ち背景電流)は1pAで
あつた。 ニトログリセリン蒸気が空気に混合した混合物
109重量部に対し1重量部のニトログリセリンの
既知濃度を有する混合物を装置に流した際に、コ
レクタ電極24の電流は5pAになつた。4pAの上
昇は試料中のニトログリセリン蒸気の存在によ
り、生じた。 次いで放電電流が30nAを越えないように回路
にGΩの値を有する抵抗71を用いて実験を繰返
した。 この際背景電流は0.3pAで、ニトログセリン試
料を装置に通した際の電流は1.0pAであつた。 背景電流の減少は制限された電流コロナ放電に
より生ずるノイズが一層少ないことによるもので
ある。 他の一連の実験において、種々の強制物質
(obtruding substance)の試料および種々の爆発
物の試料を、第1に、抵抗71を短絡させた装置
に存在させ、第2に、50GΩの値を有する抵抗を
回路に組込んだ装置に存在させた。装置の他のす
べてのパラメータを、実験全体にわたつて一定に
維持した。得た結果を次の表に示す。この表には
それぞれの物質について計器30の読みを示し
た。計器には0〜100(=フルスケールのふれ)
の任意の直接目盛が付いていた。
The present invention eliminates trace amounts contained in an oxygen-containing gaseous mixture by applying an ion-repelling electric field directed in the direction opposite to the gas flow to the ions generated in a mixed gas sample under flow conditions. The present invention relates to an apparatus for detecting chemical species in vapor form. "Species" herein refers to vapor molecules of substances that are capable of forming relatively stable ions in the presence of oxygen under the influence of an applied electric field; It should have a lower mobility due to the movement of other ions that may be generated in the gaseous mixture it contains. Such species include certain substituted hydrocarbons having at least one strongly electronegative or electronegative atom or group of atoms and heavy atomic weight halogen atoms such as bromine and iodine in the molecule. The device of the invention can be used to measure the presence of solids, liquids or mixtures thereof which release the above-mentioned species in vapor form at normal temperature and pressure. Examples of such substances are explosives such as dynamite, toxic vapors such as narcotics and pesticides. The device of the invention can also be used to detect leaks into the atmosphere of gases from pipelines, chemical plants, etc. containing chemical species, e.g. tracer substances such as high atomic weight halogen atoms. can. When a sample of atmospheric gas containing trace amounts of chemical species of the above-mentioned type is ionized by an applied electric field, for example in the form of a corona discharge, ions are formed from the molecules of the chemical species together with ions of other components of the atmosphere. It has been known. Typically, the ions present have different ion mobilities. It is also possible to measure the mobility of various ionic species generated during corona discharge using ion-repelling electric field techniques, e.g. in Journal of Applied Physics, Vol. 47.
Vol. 6, No. 6, 1976. This paper includes the inverse mobility spectra of ion species in continuous gas flow conditions.
The method for recording the mobility spectrum is described. The spectra obtained are from oxygen and nitrogen and from an air atmosphere. No explanation is provided regarding the gas composition used other than identifying unspecified impurities that may be present in the gas mixture. It is an object of the present invention to obtain a device capable of detecting the presence of a chemical species of the above-mentioned type in an oxygen-containing gaseous mixture by applying an ion-repelling electric field of the above-mentioned species in continuous gas flow conditions. There is something to do. The devices and methods of the present invention take advantage of the relatively low mobility of ions formed from such species compared to the mobility of ions formed from other components of the gaseous mixture. In the present invention, by applying an ion repelling electric field directed in the direction opposite to the gas flow to the ions generated in the mixed gas sample under flow conditions, trace amount contained in the oxygen-containing gaseous mixture can be reduced. an apparatus for detecting a chemical species in vapor form, comprising means for passing said sample through a hollow body, said hollow body having in series an inlet, a first internal section, a second internal section, a third internal section;
an interior zone and an outlet, the first zone having means for ionizing at least a portion of the molecules of the sample containing molecules of said species, and ions of a certain polarity selected for migration with said sample to a second zone; means for promoting the flow of the sample through the second zone as a jet with a substantially uniform flow velocity; means for generating an ion repelling electric field in the opposite direction in the second zone; means for collecting polar ions, and during operation selected polar ions having an ion mobility greater than a certain value depending on the strength of the ion repelling electric field and the flow rate of the gas flow into the third zone. To provide a detection device characterized in that it is arranged in such a way that it can be prevented from occurring. In some configurations, the device is light in weight, portable, and can be operated without the use of a bottled gas supply. This device is relatively simple in construction and can be manufactured economically. This device is particularly advantageous when applied to the detection of trace species emitted from explosive materials in that only a short pre-run time is required to detect the species. The hollow body is comprised of a first tube and a second tube of conductive material joined in a butt-to-end relationship by a ring of insulating material, with the first section disposed within the first tube and the second and third sections disposed within the first tube. Can be installed in two pipes. The first tube contains the sample at the opposite end from the second tube.
an end wall having an inlet hole for introducing the sample into the section, and at the end adjacent to the second tube a disk of electrically conductive material, which disk is placed transversely to the gas flow; At least one hole may be provided in the disc at the end adjacent the second tube for introducing the sample into the second zone. The shape is such that it can pass through the second area. The second zone and the third zone can be partially separated by a disk of conductive material placed at a point remote from the ends of the second tube, the disk introducing the sample into the third zone. at least one hole leading from the second section to the third section for electrically contacting the disk with the tube wall; The means for passing the sample through the hollow body can be an electrically driven fan, which can be placed approximately at the outlet of the hollow body. The means for ionizing at least a portion of the sample molecules, including molecules of the species, may be an electrode located in the first zone or a radioactive ionization source located in the first zone. If a radioactive ionization source is used, means are provided in the first zone for selecting ions of a certain polarity from the population of ambipolar ions produced by the radioactivity. The means for selecting ions of a certain polarity that migrate with the sample to the second zone can be an electric field generated by a high DC voltage applied to the electrodes of the first zone. If the ionizing means is an electrode that produces a corona discharge during operation, it is advantageous to limit the discharge current to less than 100 nA;
It was confirmed that it is advantageous to limit the current to 30 nA or less. Current limitation can be achieved by inserting a resistor between the high voltage source and the discharge electrode. If a radioactive ionization source is used, the disk between the first and second sections is electrically isolated from the wall of the first tube and maintained at a DC voltage with respect to said wall. Ions of polarity are attracted toward the disk, while ions of opposite polarity are repelled from the disk. The other disk is maintained at a voltage with respect to the first disk to create an electric field in the electric field which forces selected ions of one polarity in a direction opposite to the flow of the gas sample. can. The walls of the second zone are connected to a first pole of a positive or negative DC power source for positively or negatively charged ions, respectively, and the walls of the first zone are connected to a second pole of a power source of opposite voltage to the first pole. It is convenient to connect to the poles. 1st
and the walls of the second zone can be maintained at a suitable voltage by a single power supply installed outside the hollow body and connected to these walls by electrical cables. Electrodes may be provided in the third zone, preferably aligned with the holes, to collect ions of a selected polarity. This electrode can be provided with an insulated lead that penetrates the wall of the hollow body, and can be electrically connected to a DC voltage source to attract ions of selected polarity, and means for measuring changes in current. can be connected to. Thus, in one example, the electrode is connected to the input terminal of a current amplifier and the output terminal of the current amplifier is connected to the indicating means to measure changes in current flow from the electrode. An amplifier can be arranged to have a relatively low gain when the current supplied to its input terminal is constant, and a significantly large gain with respect to changes in its input current. Feedback means is connected between the inverting input terminal of the amplifier and the tap point of the potentiometer bank, the potentiometer bank is connected between the output terminal of the amplifier and the common line, and the feedback means is connected between the tap point and the common line. Preferably, a capacitor is provided in the potentiometer array connected to the potentiometer array. The electrodes can be connected to the input terminals of the amplifier and the common line can be connected to a DC voltage source. The device of the invention may be provided with means for discharging the capacitor when the current collected by the electrodes decreases. This example can also be provided with means for comparing the voltage of the capacitor with the voltage at the output terminal of the amplifier and means for discharging the capacitor if the voltage on the capacitor is greater than the voltage at the output terminal of the amplifier. Such an arrangement may also be provided with means to prevent the capacitor from charging due to voltage surges in the power supply that may occur when the device is switched on. Switching means may also be provided which serves to connect the low impedance path between the capacitors when the device is switched on and to disconnect said low impedance path when the power supply to the device reaches a steady state. In another aspect of the present invention, an ion repelling electric field directed in the opposite direction to the gas flow is applied to the ions generated in the mixed gas sample under flow conditions, so that the oxygen-containing gaseous mixture is In detecting trace amounts of a chemical species in vapor form contained therein, the gaseous mixture is passed through the hollow body as described above, and a portion of the molecules of the species are ionized in a first region of the hollow body to form a certain polarity. ions of selected polarity are transferred forward with the sample of said gaseous mixture and passed with said gas stream at a substantially uniform flow rate into a second zone, into which selected ions of polarity are directed oppositely to said gas stream. forming an electric field which acts to push the gas in a direction through the third zone, without extending this electric field into the third zone, and which is then carried by the gas flow through the electric field in the second zone. A detection method for detecting ions having sufficiently low ion mobility is provided. This method can use atmospheric gas mixtures containing trace amounts of chemical species. Smoke-producing compositions can be detected, for example, by fumigating candles or powders that produce smoke of the compound upon combustion. This generated compound is combined with a combustible mixture, e.g. a fuel such as ground wood or sugar, and a substance to sustain combustion, e.g. ammonium nitrate or potassium chlorate, and/or a substance to retard combustion, e.g. kaolin, bentonite. and/or mixtures with silicic acid. Compositions containing trace amounts of chemical species can be detected from sprayed pesticides. It is known that when controlling harmful microorganisms in agriculture, horticulture or forestry, large areas to be treated can be sprayed with aqueous solutions or dispersions of pesticides. The amount of liquid used can vary within a wide range and can be applied from 40 to 1000/ha. These solutions can be applied by spraying from ground-based machines or aircraft, and are often applied from very small volumes of agricultural fluid. Such agents usually break up into a mist of very small droplets upon application, which droplets have a diameter of only about 100 μm and are still in vaporized form. The trace species described above can be easily detected by the method and apparatus of the present invention. The presence of an aerosol composition can also be detected, particularly when an aerosol composition containing a chemical species is prepared in a conventional manner, the active substance and a solvent and a volatile fluid such as a propellant, e.g. This is true when it contains a fluorine derivative. The invention will now be explained by way of example with reference to the drawings. First, as shown in FIG. 1, the detection device of the present invention comprises a generally cylindrical hollow body 1 with insulating coaxial tubes 2 and 3 of conductive material such as iron, copper or aluminum or alloys thereof. The hollow body 1 is formed by joining the two ends in an abutting relationship by means of a ring 4 of material. The tube 2 is provided at its free end with an end wall 5 of electrically conductive material, the end wall 5 being provided with a central hole 6. An inlet nozzle or probe 7 coaxial with the central bore 6 is provided on the outer surface of the end wall 5. The nozzle 7 can be made of an insulating material or of a conductive material, such as metal, in the latter case the nozzle 7 is surrounded by an insulating spacer ring. 8 from the end wall 5. A partition wall 9 is provided at the end of the pipe 2 adjacent to the pipe 3, and the partition wall 9
consists of a metal disc with an axial hole 10. A baffle plate 11 is installed midway between the ends of the tube 3 and is a sheet or lattice-like structure of metal disk or wire mesh having at least one hole 12 and electrically connected to the wall of the tube 3 around the baffle plate. Connect to. A fan 13 driven by an electric motor 14 is connected to a pipe 3.
installed adjacent to the opening. The fan 13 takes a sample of the atmosphere from the nozzle 7 and then sequentially samples the end wall and the first sample in the body 1 formed by the partition wall 9.
serving to discharge the sample from the open end of the tube 3 via a zone 15, a second zone 16 formed by the partition 9 and the baffle 11, and a third zone 17 formed by the baffle 11 and the fan 13. do. The apertures 10 in the septum 9 can be shaped so that the sample passes through the second zone 16 as a single smooth jet of substantially uniform velocity, as shown by the arrow 18. Hole 1
The appropriate shape for 0 is based on the British standard specification.
Standards Specification) No. 1042, page 141. In another arrangement, the septum 9 is provided with a plurality of holes, each hole being shaped so that the sample passes through the second zone 16 as a corresponding plurality of uniformly velocity smooth jets. To smooth the flow upstream of the partition wall 9, a grid 19 with a plurality of parallel passages is provided in the hole 6. A tapered electrode 20 is installed in the first section 15 and is supported by a lead wire 21 which is passed through an insulator 22 attached to the wall of the tube 2. The lead wire 21 is connected to one side of the high voltage power supply unit 23 via the resistor 71 on the outside of the tube 2, and the unit 23
Connect the other side to a common ground point. By means of the power supply unit 23, a corona discharge is generated at the electrode 20 and a high voltage, e.g. Generates 3000V. Other suitable high voltages used to generate the ionizing corona discharge may be between 2000 and 5000V. The resistor 71 has a value R selected such that the current I D of the corona discharge is no less than 100 nA, preferably no less than 30 nA. The current ID depends on the output voltage V 3 of the feed unit 23, the value R of the resistor 71 and, to some extent, on the tapered electrode 2.
It depends on the shape of 0. This shape affects the ignition voltage of the discharge. This shape may change during use, for example due to erosion of the electrode, resulting in a change in the value of I D. Another cause of the change in I D is the feed unit 2.
It is 3. It may be advantageous for the power supply unit 23 to be an EHT generating unit energized by a low voltage source such as a 12V battery. This low voltage source can also be used to power other parts of the device as described below. Such EHT power generation units are well known and will not be described in detail. Since the state of charge of the accumulator varies with use, the output voltage V 3 of such a unit may vary from its nominal value. For these reasons, for a particular nominal value of V 3 and a predetermined value of R, the discharge current ID may drop to a value within a certain range. Typical ranges of values of I D for various values of R, where the nominal value of V 3 is 3000V, are as follows: R=0 GΩ I D =2 to 5 μA R=50 GΩ I D =20 to 30 nA R=100 GΩ I D =10 to 15 nA Therefore, the value of the resistor 71 is preferably 50 to 100 GΩ. Since the molecules of the species described above are only present at low concentrations in the sample, it is difficult to ionize the molecules of the species to an appreciable level by direct ionization. Ionizing the molecules of the species requires an extremely powerful electrical discharge, which, when achieved, produces extensive ionization of the air gas. This is avoided by ionizing a portion of the air gas such that the discharge allows a charge exchange reaction to occur, in which the charge of the air ions is transferred to the molecules of the species. Considering anions, the ionization of the molecules of the above chemical species present in low concentrations will occur if the molecules of the above chemical species have a greater electron affinity than any molecule present in relatively large numbers, i.e. air molecules. can be caused by such means. Electrons present in the gas quickly transfer to molecules with higher electron affinity. Moreover, if two chemical species with different electron affinities each exist in trace amounts, for example 1×10 -9 mol/mol, in a sample, both of them will have larger electron affinities than any arbitrary molecule present in large numbers. As long as the The reason for this is that molecules of chemical species with large electron affinities and
Collision with an ion of a species with a small electron affinity (in which case an electron is taken away from the ion)
However, because the concentrations of both chemical species are low, collisions between molecules of either chemical species and air ions (in which case molecules of either chemical species may be ionized) occur much less frequently. It is from. Similar considerations apply to cation populations. Since the ionic charge has a tendency to migrate to molecules of greater affinity, a significant proportion of the molecules of a particular species present in the air sample passing through the first zone 15 will be ionized. Below, a case will be described in which chemical species exist in the air at a concentration of, for example, 1×10 −9 molecules/molecule.
For example, a corona discharge from electrode 20 can produce a primary (ie, air) ion density of 1×10 -8 ions/molecule to air in first zone 15 . Suppose that 1/10 of the existing chemical species is ionized by a charge exchange reaction. The concentration of species ions is therefore 1×10 −10 ions/molecule. The primary ion concentration remains almost unchanged at 1×10 -8 ions/molecule. Therefore, the ions of the chemical species are 1×10 −2 for all ions present. Therefore, the detection problem changes from a problem of detecting 1×10 −9 molecules to a problem of detecting 1×10 −2 molecules . That is, an improvement of 10 7 times. The primary (air) ion population generated by the corona discharge in the first zone 15 is initially bipolar, but the strong electric field created in the vicinity of the electrode 20 due to the very high negative potential of the electrode 20 with respect to the tube 2 causes the positive ions to It moves towards the electrode and is neutralized by the electrode. Therefore, almost only the primary anions move with the air flow in the direction of the holes 10 in the partition wall 9. During the transition towards the primary anion barrier 9, a portion of the species molecules present in the air stream are ionized by the charge exchange reaction described above. Thus, the pores 10 are reached by a mixture of secondary (air) anions and secondary anions generated from species molecules. In the absence of an electric field, these ions are carried by the jet 18 across the second zone 16, past the baffle plate 11, and into the third zone 17. An electrode 24 is provided in this third area 17. The electrode 24 can be a wire, a grid, or a plate, and is connected by a lead wire 25. The lead wire 25 passes through an insulator 26 in the wall of the tube 3 to an input terminal 27 of a current amplification unit 28. The amplification unit 28 is provided with a common terminal, and this terminal is connected to the first
Since the storage battery 29 in the figure can be connected to a point with a relatively low positive potential, for example 5 V, with respect to the tube 3, the input terminal 27 and together with the electrode 24
is also held positive with respect to tube 3. Therefore the electrode 24
acts to attract anions flowing into the third zone. Such ions collected by electrode 24 cause a change in the input current of amplification unit 28. The resulting change in output current of the amplification unit may be measured by a meter 30 and/or an alarm circuit operative to utilize such change in output current to generate a signal, such as an audible or visible signal. 31 can be activated. For example, a voltage source of 300V indicated by a storage battery 32 is connected to the tube 2.
and the tube 3 to make the tube 3 and with it the partition wall 9 positive with respect to the tube 2 and in particular the baffle plate 11. An electric field is therefore created in the second area 19. Although a fringing effect occurs near the wall of the hollow body 1, the electric field near the jet 18 is approximately parallel to the axis of the jet and acts to push the anions in a direction opposite to the flow direction of the jet. The electric field strength near the jet 18 is determined by the distance between the partition wall 9 and the baffle plate 11 and by the voltage V of the voltage source 32. This value can be, for example, 3000V/cm. For a given electric field strength, ions whose ion mobility has a certain critical value are driven by the electric field exactly at the velocity of the jet, but in a direction opposite to the direction of the jet. The appropriate flow rate of the jet is 300
~400cm/sec. Such ions are stationary as far as their motion parallel to the jet axis is concerned. Such random lateral motion of the ions can move the ions laterally to areas of slow gas flow, and the electric field within such areas can therefore drive such ions back to the septum 9. Therefore, ions with high mobility are prevented from reaching the baffle plate 11 and from flowing into the third region 17 by the electric field. Ions with mobility greater than the critical value are
It is prevented from flowing into area 17. This is because such ions are driven in the opposite direction by the electric field in the second zone 16 at a faster flow rate than the jet. Ions with mobility smaller than the critical value are
The electric field in area 16 imparts a slower velocity.
Some of these ions may be transported by random lateral motion to areas where the velocity of the gas stream is slower than the velocity imparted to them by the electric field, but usually ions with ion mobilities below a critical value are Due to the jet, the second
It is transported across zone 16 and flows into third zone 17 where it is collected by electrode 24 . Due to the predetermined electric field strength and the predetermined geometry in the second zone 16, ions with a mobility equal to or greater than the critical value are
Doesn't have a chance of reaching 4. In the case of ions with a mobility less than a critical value, there is a constant probability that increases as the ion's mobility decreases and thus the time it takes for the ion to traverse the second zone 16 decreases. . In use, the value of the voltage V of the voltage source 32 is selected to eject substantially all primary (air) ions from the third zone 17, but remove even more primary (air) ions, such as those generated from certain types of chemical species. An electric field is created which causes the heavier and less mobile ions to flow into the third zone 17 and reach the collector electrode 24 . Such ions appear as an increase in the output current of amplifier 28, which can be read by meter 30 and used to activate alarm circuit 31. Passing a sample of air through the device produces a low, nearly constant electrical current (background current), which is indicated by meter 30. If desired, the meter can be mechanically or electrically offset to provide a zero reading under such conditions. When a sample of air containing trace amounts of a particular species is passed through the device, the meter reading increases by a value determined by the concentration of the species. The alarm circuit 31 may be arranged to issue an alarm signal if the output current of the amplification unit 28 exceeds a limit level which is greater than the background current level. The apparatus described with respect to FIG. 1 is suitable for detecting the presence of chemical species that form anions by charge exchange reactions. Cations that may form within the first zone 15 are attracted to the discharge electrode 20;
Do not enter the second area 16. To make it suitable for detecting chemical species forming cations, the high voltage power supply unit 23 and voltage source 29 of the device are
It is only necessary to reverse the polarity of and 32. The amplifier unit 28 is of a type with high DC stability (low drift) and relatively high gain, so that small changes in the input current, such as may be caused by the presence of very low concentrations of certain species, It is preferable to be able to make large changes in the output current. Changes in the amplifier's output current are masked by background current variations caused by drift in the amplifier unit. FIG. 2 shows the basic arrangement, and FIG. 3 shows a detailed circuit diagram of the current amplifier used as the amplification unit 28. First, as shown in Figure 2, input terminal 2
7 is connected to the inverting input terminal 33 of the operational amplifier 34, and its non-inverting input terminal 35 is connected to the common line 36. Resistors 37 and 38 and capacitor 39 are connected in series between operational amplifier 34 and common line 36. The feedback resistor 41 is connected to the resistors 37 and 3.
8 and the inverting input terminal 33. For example, Burr Brown (product name, Burr)
Brown) amplifier type 3527AM can be used as amplifier 34. The resistance values of resistors 37, 38 and 41 are 33MΩ, 330KΩ and 330KΩ, respectively.
The capacitance of the capacitor 39 can be set to 5000 MΩ, and the capacitance of the capacitor 39 can be set to 47 μF. Since the capacitor 39 is effectively open circuit at zero frequency, the DC gain of this arrangement is 1, and therefore the DC stability is high (low drift).
I understand that. At frequencies where the impedance of capacitor 39 is less than the impedance of resistor 38, the gain is determined by the ratio of resistors 37 and 38. For the values exemplified above, it can be seen that the gain of this arrangement is 100 when the frequency is reduced to a value as low as 1 Hz. There are certain problems when using the arrangement of FIG. 2 for amplification unit 28. When passing an atmospheric sample containing a particular type of chemical species through the device, the electrode 24
A negative-going current pulse is supplied to the input terminal 27 by the generated anions reaching . At the rising edge of this current pulse, the output terminal 40 points positive;
Capacitor 39 is charged. At the end of this current pulse, output terminal 40 does not immediately return to its quiescent value (background current), but is held positive by the charge on capacitor 39. Therefore, in this example:
The device would not be able to respond to the second sample until the charge on capacitor 39 created by the first sample has leaked away. Using the component values listed above and capacitor 39
It can be seen that ignoring the internal leakage in the system, it may take several hours for the device to recover. A similar effect can occur when the device is first switched on, if the initial surge current can leave the capacitor 39 with a positive charge, and this charge is removed before the device is ready for operation. You have to wait until it leaks and disappears. The arrangement of FIG. 3 provides a means to overcome both such drawbacks. In FIG. 3, an operational amplifier 34, a resistor 3
7, 38 and 41 and capacitor 39 to the second
Connect as described for the diagram. The common line 36 is connected to a negative bus 42 from a DC power source via a Zener diode 43. The positive supply terminal of amplifier 34 is connected from the DC power supply to positive bus bar 44 via switch 45 . Therefore, the common line 36
And with this, the input terminal 33 of the amplifier 34 is held positive with respect to the negative bus 42 by the zener voltage V 1 of the diode 43 (for example 5V). Bus line 42
is grounded and connected to pipe 3 (Fig. 1). The electrode 24 is therefore held at a positive voltage V 1 with respect to the tube 1, and the Zener diode 43 is connected to the voltage source 29 of FIG.
Configure. The other amplifier 46 is provided with an inverting input terminal 47,
This terminal is connected to the output terminal 40 of the amplifier 34. The non-inverting input terminal 48 of the amplifier 46 is connected to the resistor 49.
Connection point 5 between resistor 38 and capacitor 39 via
Connect to 0. A diode 51 is connected between the output terminal 52 of the amplifier 46 and its non-inverting input terminal 48. This is an arrangement such that when input terminal 47 is positive with respect to input terminal 48, diode 51 does not conduct. Input terminal 48 is input terminal 4
7, i.e. capacitor 3
9 is positively charged with respect to the output terminal 40 of the amplifier 34, the diode 51 is conductive and the capacitor 39 is discharged through the resistor 49. The resistance value of the resistor 49 is, for example, 33KΩ. Capacitor 39 is charged when a negative going current pulse is applied to input terminal 27, but is quickly discharged after the pulse is gone so the device can respond to the next sample. When switch 45 is closed for the first time, capacitor 3
9 is not charged, a pnp transistor 53 is provided, the collector of which is connected to the connection point 50. The base of the transistor 53 is connected to the connection point 55 between the resistor 56 and the capacitor 57 via the resistor 54, and the resistor 56 and the capacitor 5
7 is connected in series between the positive bus bar 44 and the negative bus bar 42. A resistor 58 is connected between the positive bus 44 and the emitter of transistor 53. The anode of diode 59 is connected to the emitter of transistor 53 and its cathode is connected to common line 36. When the switch 45 is closed, the node 55 and with it the base of the transistor 53 are initially at the voltage of the negative bus 42. Therefore transistor 5
3 conducts and clamps the node 50 to the voltage of the common line 36. The voltage at node 55 rises as capacitor 57 charges through resistor 56, possibly cutting off transistor 53 and thus unclamping node 50. The values of resistor 56 and capacitor 57 are such that transistor 53 remains conductive at least until amplifier 34 reaches its steady state and then closes switch 45, thus preventing charge from building up in the capacitor due to closing the switch. be selected. To facilitate steady state setting of the amplification unit (background current), a potentiometer 60 can be provided. One end of this potentiometer can be connected to the positive bus bar through a resistor 58, and the other end can be connected to the common line 36 through a resistor 61, the resistors 58 and 61 being able to adjust the position of the slide 62. This acts to limit voltage changes that may occur due to Slider 62, for example
Feedback resistor 41 and resistor 3 via 33MΩ resistor 63
Connect to the connection point with 7 and 38. By adjusting the potentiometer, the background current level can be set to the desired value. The negative bus bar 42 and the positive bus bar 44 can be connected to corresponding terminals of a storage battery 70 with an output of 12V, for example. Battery 70 can also be used to energize motor 14 and voltage sources 23 and 32 via on-off switch 45 (FIG. 1). Voltage source 23 provides the high voltage necessary to create a corona discharge within first zone 15. Voltage source 23 advantageously constitutes a well-known EHT generation circuit. Similarly, voltage source 32 may constitute an EHT generator or a DC-DC converter of known types. Studies have shown that the effect of external airflow is significantly reduced when the sample is discharged into the atmosphere in an area adjacent to the inlet nozzle, subjecting the sample to approximately similar external conditions as the inlet nozzle. For this purpose, the hollow body 1 is surrounded by an outer casing 64. The casing 64 has an end wall 6 spaced from the open outlet end of the tube 3.
5, providing a passage for the air flow discharged by the fan 13 to reach the atmosphere via an annular space 66 between the hollow body 1 and the outer casing 64, and then through an annular hole 67 surrounding the inlet end of the hollow body 1. provide. The exhaust air passages are indicated by arrows 68 and 69. The accumulator 70, the voltage sources 23 and 32, the amplifier unit 28 and the alarm device 31 can be installed in the outer casing to obtain a hand-held device. In another arrangement, the primary ionization is carried out by a source of ionized radiation (22' in FIG. 4) placed in a container 20' (FIG. 4) in the first zone, for example alpha particles such as americium-241. emitters, or β-particle emitters such as Nickel 63 or tritium. Since the primary ion population generated in this way is bipolar, an electric field is applied to select ions of a certain polarity so as to move them forward with the airflow, and to prevent ions of the opposite polarity from approaching the partition wall 9. must be formed in the first area 15. One way of achieving this is to replace the bulkhead 9 (FIG. 4) with a ring 4' of insulating material.
The partition wall 9 is insulated from the tube 2 by applying a suitable voltage between the partition wall 9 and the tube 2. Further, in FIG. 1, when primary ionization is performed by a source of ionized radiation installed in a container (not shown) in the first zone 15, the partition wall 9 is insulated from the tube 2. The electrode 20, lead wire 21, insulator 22 and high voltage power supply unit 23 can be omitted. A container 20' containing a source of radiation in an ionizing state can be inserted into the first section 15 through a hole (FIG. 1) provided for the insulator 22 in the wall of the tube 2. A similar arrangement can be used in the device of FIG. 4, in which holes (not shown) are provided in the walls of tube 2 and casing 64. This arrangement alleviates the problem of preventing leakage of atomic radiation from the device. Fields of application of the invention include counter-terrorist measures, such as the examination of travelers and luggage for explosives at airway terminals and similar locations, and the search for explosives in general. The device of the invention can also be used as a detector in gas chromatography. Another field of application is the search for leaks in equipment such as piping, pressure vessels, chemical plants, etc., where tracer substances such as heavy halogens are introduced into the equipment under test,
The device of the invention is moved throughout the exterior of the device to detect any escape of tracer material. In a representative experiment using an example apparatus such as that described in connection with FIG.
/ minute. The voltage V 3 of the corona discharge electrode 20 is
3000V, the voltage V 1 of the collector electrode 24 is 5V, and the strength of the repulsive electric field in the second region 16 is
It was set to 300V/cm. Resistor 71 was shorted so that I D was 2 to 5 μA. The current flow collected by electrode 24 (ie, background current) was 1 pA when standard pressure air was flowed through the device. mixture of nitroglycerin vapor mixed with air
When a mixture having a known concentration of 1 part by weight of nitroglycerin to 109 parts by weight was passed through the device, the current at the collector electrode 24 was 5 pA. The 4 pA increase was caused by the presence of nitroglycerin vapor in the sample. The experiment was then repeated using a resistor 71 having a value of GΩ in the circuit so that the discharge current did not exceed 30 nA. At this time, the background current was 0.3 pA, and the current when the nitrogerin sample was passed through the device was 1.0 pA. The reduction in background current is due to less noise produced by the limited current corona discharge. In another series of experiments, samples of various obtruding substances and samples of various explosives were firstly present in a device with a resistor 71 shorted, and secondly with a value of 50 GΩ. A resistor was present in the device incorporated into the circuit. All other parameters of the apparatus were kept constant throughout the experiment. The results obtained are shown in the following table. The table shows meter 30 readings for each substance. 0 to 100 (=full scale deflection) on the instrument
It had an optional direct scale.

【表】 シエーブ
[Table] Sieve *

【表】 *印は商品名を示す。
[Table] * indicates the product name.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の装置の1例の断面図、第2図
は本発明の装置に使用する一部の回路図、第3図
は第1図の装置に使用する増幅ユニツトの詳細回
路図、第4図は本発明の装置の他の例の断面図で
ある。 1……中空体、2,3……管、4,4′……絶
縁材料の環、5……端壁、6……中央孔、7……
入口ノズル(プロウブ)、8……絶縁スペーサ
環、9……隔壁、10……孔、11……そらせ
板、12……孔、13……フアン、14……電動
機、15……第1内部区域、16……第2内部区
域、17……第3内部区域、18……試料が噴流
として通過する方向を示す矢(噴流)、19……
格子、20……電極、20′……容器、21……
リード線、22……絶縁体、22′……イオン化
状態の放射線の給源、23……高圧給電ユニツト
(電圧源)、24……電極、25……リード線、2
6……絶縁体、27………入力端子、28……増
幅ユニツト(増幅器)、29……蓄電池、30…
…計器、31……警報回路、32……蓄電池(電
圧源)、35……非反転入力端子、36……共通
ライン、37,38,41……低抗、39……コ
ンデンサ、40……出力端子、42……負の母
線、43……ツエナダイオード、44……正の母
線、45……スイツチ、46……増幅器、47…
…反転入力端子、48……非反転入力端子、49
……抵抗、51……ダイオード、52……出力端
子、53……トランジスタ、54,56,58,
61……抵抗、57……コンデンサ、59……ダ
イオード、60……ポテンシオメータ、62……
スライダ、64……外側ケーシング、65……端
壁、66……環状空間、67……環状孔、68,
69……排出空気の通路を示す矢、70……蓄電
池、71……抵抗、33……反転入力端子、34
……増幅器。
Fig. 1 is a sectional view of one example of the device of the present invention, Fig. 2 is a partial circuit diagram used in the device of the present invention, and Fig. 3 is a detailed circuit diagram of an amplification unit used in the device of Fig. 1. , FIG. 4 is a sectional view of another example of the device of the present invention. 1...Hollow body, 2, 3...Pipe, 4, 4'...Ring of insulating material, 5...End wall, 6...Central hole, 7...
Inlet nozzle (probe), 8... Insulating spacer ring, 9... Partition wall, 10... Hole, 11... Deflector plate, 12... Hole, 13... Fan, 14... Electric motor, 15... First interior Area, 16... Second internal area, 17... Third internal area, 18... Arrow indicating the direction in which the sample passes as a jet (jet stream), 19...
Grid, 20...electrode, 20'...container, 21...
Lead wire, 22... Insulator, 22'... Source of radiation in an ionized state, 23... High voltage power supply unit (voltage source), 24... Electrode, 25... Lead wire, 2
6...Insulator, 27...Input terminal, 28...Amplification unit (amplifier), 29...Storage battery, 30...
...Instrument, 31...Alarm circuit, 32...Storage battery (voltage source), 35...Non-inverting input terminal, 36...Common line, 37, 38, 41...Low resistance, 39...Capacitor, 40... Output terminal, 42... Negative bus bar, 43... Zener diode, 44... Positive bus bar, 45... Switch, 46... Amplifier, 47...
...Inverting input terminal, 48...Non-inverting input terminal, 49
... Resistor, 51 ... Diode, 52 ... Output terminal, 53 ... Transistor, 54, 56, 58,
61... Resistor, 57... Capacitor, 59... Diode, 60... Potentiometer, 62...
Slider, 64... Outer casing, 65... End wall, 66... Annular space, 67... Annular hole, 68,
69...Arrow indicating exhaust air passage, 70...Storage battery, 71...Resistor, 33...Inverting input terminal, 34
……amplifier.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 流動条件下の混合ガス試料中に生成するイオ
ンに、ガスの流れとは反対方向に向けたイオン反
撥電界を作用させることにより、酸素含有ガス状
混合物中に含有される痕跡量の蒸気形態の化学種
を検出する装置において、上記試料を中空体に通
す手段を設け、上記中空体に直列に入口、第1内
部区域、第2内部区域、第3内部区域および出口
を設け、第1区域には、上記化学種の分子を含む
試料の分子の少なくとも一部分をイオン化する手
段と、上記試料と共に第2区域に移行させるため
にある極性のイオンを選定する手段とを設け、更
に第2区域を通る試料の流れをほぼ均一な流速の
噴流として促進する手段と、第2区域において反
対方向のイオン反撥電界を生じさせる手段と、第
3区域において選定した極性のイオンを捕集する
手段とを設け、作動中上記イオン反撥電界の強度
と上記ガス流の流速とに依存するある値より大き
いイオン移動度を有する選定したある極性のイオ
ンが第3区域に流入しないようにすることができ
るような配置にしたことを特徴とする痕跡量の蒸
気形態の化学種を検出する装置。 2 絶縁材料の環により両端を突合せた関係に接
合した導電材料の第1管および第2管から中空体
を構成し、上記第1区域を第1管内に設置し、上
記第2区域および上記第3区域を第2管内に設置
した特許請求の範囲第1項記載の装置。 3 第1管には、第2管とは反対端に、試料を第
1区域に導入するための入口孔を有する端壁を設
け、第2管との隣接端に導電材料の円板を設け、
上記円板をガス流に対し横方向に設置し、更に試
料を第2区域に導入するための少なくとも1個の
孔を上記円板に設けた特許請求の範囲第2項記載
の装置。 4 第2管と隣接する端部の円板に設けた孔を、
試料がほぼ一定の流速を有する層流のように第2
区域を通過するような形状とした特許請求の範囲
第3項記載の装置。 5 第2区域と第3区域とを、第2管の両端から
遠く離れた地点に設置した導電材料の他の円板に
より部分的に分離し、上記円板には試料を第3区
域に導入するための第2区域から第3区域に通ず
る少なくとも1個の孔を設け、更に上記円板を管
壁に電気的に接触させた特許請求の範囲第2〜4
項のいずれか一つの項に記載の装置。 6 化学種の分子を含む試料分子をイオン化する
手段を、第1区域の設置した電極とし、使用の際
に上記手段を高圧直流電源に電気的に接続して第
1区域内にコロナ放電を生じさせ、かつ試料と共
に第2区域に移行させるためにある極性のイオン
を選定する電界を生じさせる特許請求の範囲第1
〜5項のいずれか一つの項に記載の装置。 7 コロナ放電電流を100na以下に限定する特許
請求の範囲第6項記載の装置。 8 化学種の分子を含む試料分子をイオン化する
手段を、第1区域に設置した放射性イオン化源と
し、第1区域と第2区域との間の円板を第1管の
壁から電気的に絶縁し、かつ上記壁に関してある
直流電圧に維持して、ある極性のイオンが円板の
方向に引付けられ、反対極性のイオンが上記壁の
方向に引付けられるようにした特許請求の範囲第
1〜5項のいずれか一つの項に記載の装置。 9 他の円板を第1円板に対してある電圧に維持
して、選定したある極性のイオンに試料の流れと
は反対方向の力を作用する電界を生じさせた特許
請求の範囲第1〜8項のいずれか一つの項に記載
の装置。 10 選定したある極性のイオンを捕集する手段
を中空体の第3区域に設けた電極とし、この電極
を電流増幅器の入力端子に電気的に接続し、この
出力端子を直流電圧源に接続して選定した極性の
イオンを引付けるようにした特許請求の範囲第1
〜9項のいずれか一つの項に記載の装置。 11 増幅器に、増幅器の反転入力端子とポテン
シオメータ列のタツプ点との間に接続した帰還手
段を設け、このポテンシオメータ列を増幅器の出
力端子と共通ラインとの間に接続し、更にタツプ
点と共通ラインとの間に接続したコンデンサをポ
テンシオメータ列に設けて、増幅器の利得がほぼ
一定の入力電流に対しては低い値となり、変化す
る入力電流に対しては比較的高い値となるように
した特許請求の範囲第10項記載の装置。 12 コンデンサの電圧と増幅器の出力端子の電
圧とを比較する手段と、コンデンサの電圧が増幅
器の出力端子の電圧より大きい場合にコンデンサ
を放電させる手段とを備えた特許請求の範囲第1
1項記載の装置。 13 装置がスイツチオンされた場合にコンデン
サ間の低インピーダンス路を接続し、装置への電
源が定常状態に達した際に上記低インピーダンス
路を遮断する作用をするスイツチ手段を設けた特
許請求の範囲第11項記載の装置。
[Claims] 1. By applying an ion repelling electric field directed in the direction opposite to the gas flow to ions generated in a mixed gas sample under flow conditions, ions contained in an oxygen-containing gaseous mixture can be produced. In an apparatus for detecting trace amounts of chemical species in vapor form, means are provided for passing said sample through a hollow body, said hollow body having in series an inlet, a first internal zone, a second internal zone, a third internal zone and an outlet. providing, in the first zone, means for ionizing at least a portion of the molecules of the sample containing molecules of the chemical species, and means for selecting ions of a certain polarity for migration with the sample to the second zone; Further, means for promoting the flow of the sample through the second zone as a jet with a substantially uniform flow velocity, means for generating an ion repelling electric field in an opposite direction in the second zone, and collecting ions of a selected polarity in a third zone. and means for preventing, during operation, ions of a selected polarity having an ion mobility greater than a certain value depending on the strength of the ion repelling electric field and the flow rate of the gas stream from entering the third zone. A device for detecting trace amounts of chemical species in the form of vapor, characterized in that the device is arranged in such a way that it can detect trace amounts of chemical species in the form of vapor. 2. A hollow body is constituted by a first tube and a second tube of conductive material joined in a butt-to-end relationship by a ring of insulating material, with said first section disposed within the first tube, and said second section and said second tube disposed within said first tube. 2. The device of claim 1, wherein the three zones are located within the second tube. 3. The first tube is provided with an end wall having an inlet hole for introducing the sample into the first zone at the end opposite to the second tube, and a disk of conductive material at the end adjacent to the second tube. ,
3. Apparatus as claimed in claim 2, in which the disk is placed transversely to the gas flow and further includes at least one hole in the disk for introducing the sample into the second zone. 4 A hole provided in the disk at the end adjacent to the second pipe,
The sample flows in the second phase like a laminar flow with a nearly constant flow velocity.
4. The device of claim 3, shaped to pass through the area. 5. The second zone and the third zone are partially separated by another disk of conductive material placed at a point far from both ends of the second tube, and the disk is used to introduce the sample into the third zone. Claims 2 to 4 further include at least one hole communicating from the second section to the third section for the purpose of electrically contacting the disk with the tube wall.
Apparatus as described in any one of the headings. 6. The means for ionizing the sample molecules containing the molecules of the chemical species is an electrode installed in the first zone, and in use the means is electrically connected to a high-voltage DC power source to produce a corona discharge in the first zone. Claim 1, which produces an electric field that selects ions of a certain polarity for causing the ions to move along with the sample into the second zone.
5. The device according to any one of items 5 to 5. 7. The device according to claim 6, which limits the corona discharge current to 100 na or less. 8. The means for ionizing the sample molecules containing molecules of the chemical species is a radioactive ionization source installed in the first zone, and the disk between the first zone and the second zone is electrically insulated from the wall of the first tube. and maintaining a DC voltage with respect to the wall such that ions of one polarity are attracted towards the disk and ions of the opposite polarity are attracted towards the wall. 5. The device according to any one of items 5 to 5. 9 Another disk is maintained at a certain voltage with respect to the first disk to generate an electric field that exerts a force on selected ions of a certain polarity in a direction opposite to the flow of the sample. 9. The device according to any one of items 1 to 8. 10 The means for collecting ions of a selected polarity is an electrode provided in the third region of the hollow body, this electrode is electrically connected to the input terminal of a current amplifier, and this output terminal is connected to a DC voltage source. Claim 1, which attracts ions of polarity selected by
9. The device according to any one of items 9 to 9. 11 The amplifier is provided with feedback means connected between the inverting input terminal of the amplifier and the tap point of the potentiometer bank, the potentiometer bank being connected between the output terminal of the amplifier and the common line, and further connected between the tap point and the tap point. A capacitor connected to a common line is placed in the potentiometer string so that the gain of the amplifier is low for approximately constant input currents and relatively high for varying input currents. The device according to claim 10. 12. Claim 1 comprising means for comparing the voltage of the capacitor and the voltage at the output terminal of the amplifier, and means for discharging the capacitor when the voltage on the capacitor is greater than the voltage at the output terminal of the amplifier.
The device according to item 1. 13. Claim No. 1, comprising switch means for connecting a low impedance path between the capacitors when the device is switched on and for disconnecting said low impedance path when the power supply to the device reaches a steady state. The device according to item 11.
JP2944679A 1978-05-26 1979-03-15 Detector Granted JPS54157688A (en)

Applications Claiming Priority (2)

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